Блок стабилизированных источниковТОКА Советский патент 1981 года по МПК H03K19/08 

1

Изобретение относится к радиоэлекронике и может быть, в частности, использовано, как блок стабилизированных источников тока, в интегральных схемах таких областей радиоэлектроники, как вычислительная, измерительная, радиолокационная и импульсная техника.

Известен блок стабилизированных источников тока, который содержит относительно небольшое количество компонент, например один транзистор на один источник тока 11.

Однако он характеризуется низкой степенью стабилизации величины тока, которая существенно зависит от изменения напряжения питания, температуры, а также технологического разброса входных вольтамперных характеристик транзисторов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является блок стабилизированных источников тока, который содержит транзисторно-резисторные источники тока и блок стабилизации, к выходу которого подсоединяются базы транзисторов источников тока, а эмиттеры через резистор подключены к общей шине, выходами источников тока служат коллекто1 а транзисторов. Этот блок характеризуется малой зависимостью величины тока от | параметров транзисторов, причем эта зависимость тем меньше, чем больше величина резисторов Гз.

Однако недостаток его в том,что он содержит большое количество компонент, т.е. резистор и транзистор на один источник тока. Кгикдый источ0ник тока выполняется в отдельном изолированном каркасе. Кроме того, источники тока обладают малой стабильностью при изменении температуры и напряжения питания.

5

Цель изобретения - уменьшение количества компонент и изолированных областей в интегральных схемах и повышение стабильности источников тока.

0

Цель достигается тем, что в блоке стабилизированных источников тока, содержащем транзисторы, базы которых подсоединены к выходу блока стабилизации, а коллекторы подсоединены к

5 радиоэлектронным элементам нагрузки, выполненным на интегральных схемах, в качестве транзисторов использовано п многоколлекторных транзисторов, кгикдый из которых имеет т коллекторов, причем один изm коллекторов

любого транзистора подсоединен к первому выводу резистора-нагрузки/другой вывЪд которого подключен к общей шине, а блок стабилизации содержит эталонный источник напряжения и элемент сравнения, один вход которого подключен к выходу эталонного источника напряжения, другой вход - к первому выводу резистора нагрузки, а выход элемента сравнения является выходом блока стабилизации, при этом эмиттеры «1 многоколлекторных транзисторов подключены к шине источника питания.

На фиг, 1 изображена функциональная схема блока стабилизированных источников тока; на фиг. 2 - пример выполнения электрической схемы блока стабилизации.

Блок стабилизированных источников тока содержит источники тока на многоколлекторных транзисторах 1-1,..., 1-п, каждый из которых имеет ni коллекторов, подсоединенных к элементам 2 нагрузки и блок 3 стабилизации. Блок 3 стабилизации включает эталонный источник 4 напряжения и элемент 5 сравнения. Выход эталонного источника 4 напряжения подключен к одному входу элемента 5 сравнения, другой вход которого подключен к первому выводу резисторов б нагрузки. К первому выводу резистора 6 нагрузки подсоединяется так:хе один из коллекторов любого из m многоколлекторных транзисторов 1-1,...,1-п. Другой вывс резистора б нагрузки подключен к общей шине 7. Выход элемента 5 сравнения является выходом блока 3 и подключен к базам многоколлекторных транзисторов 1-1,... 1-п эмиттеры которых подключены к шине 8 источника питания. На фиг. 2 изображена электрическая схема блока 3 стабилизации, где на резисторах 9 и 10 выполнен эталонный источник 4 напряжения, на транзисторах 11-15 и резисторах 16-20 выполнен элемент 5 сравнения. Элемент 5 сравнения содержит каскады смещения уровня входных напряжений на эмиттерных повторителях, причем первый эмиттерный повторитель выполнен на транзисторе 11 и резисторе 16, второй - на транзисторе 14 и резисторе 17, дифференциальный усилитель, предназначенный для сравнения напряжений и усиления по напряжению, выполненный на транзисторах 12 и 13 и резисторах 18 и 19,каскад смещения уровня выходного напряжения на третьем эмиттерном повторителе, выполненном на транзисторе 15 и резисторе 20.

Блок стабилизированных источников тока работает следующим образом.

Величина тока источника тока згщается величиной напряжения эталонного источника 4 напряжения. Это напряжение с выхода эталонного источника 4

подается на один вход элемента 5 сранения. На другой вход элемента 5 сравнения подается напряжение с резистора 6 нагрузки..Вследствие изменения коэффициента усиления по току |Ь многоколлекторных транзисторов 1-1,... 1-п, изменения температуры, напряжения питания, напряжение на резисторе 6 нагрузки изменяется, т.е. становится меньше или больше напряжения эталонного источника 4 напряжения, при этом на выходе элемента 5 сравнения появляется усиленный разностный сигнал, который подается на базы многоколлекторных транзисторов 1-1,... 1-п, изменяя напряжение на резисторе б нагрузки, т.е. увеличивая или уменьшая его. При напряжении пропорциональном величине тока на резисторе 6 нагрузки, равном напряжению эталонного источника 4 напряжения, разностный сигнал с выхода элемента 5 сравнения устанавливается равным нулю. При этом величина тока источника тока, выполненного на многоколлекторном транзисторе 1-п, устанавливается пропорциональный напряжению эталонного источника 4 напряжения. Величина тока источников тока, выполненных на п-1 многоколлекторных транзисторах 1-1, . . . 1-(п-1) , вследствие идентичности параметров транзисторов, присущей интегральным схемам устанавливается равной величине тока, протекающего через резистор 6 нагрузки.

В интегральных схемах резисторы по абсолютному значению обладают большим разбросом t20%, благодаря чему величина тока источников тока будет также отклоняться на эту величину. Однако такое отьлпонение не окажет влияния на работоспособность элементов 2 радиоэлектроники, к которым подключены данные источники тока так как в конечном счете в этих элементах 2 используются сигналы напряжения, уровни которых образуются на резисторах Rj, элементов радиоэлектроники. В этом случае используемое в элементах радиоэлектроники напряжение Uy определяется следуняцим выражением

.Как .видно из выражения (1) напряжени UK не зависит от абсолютного изменения резисторов и определяется их относительным изменением, что в интегральных схемах выдерживается с высокой точностью. Использование многоколлекторных транзисторов позволяет заменить четыре источника тока, содержащие 8 компонент и занимающие четьфе изолированные области в интегральных схемах, одним многоколлекторным транзистором, не требующим изолированной области. Это позволяет повысить степень интеграции больших интегральных схем. Изменение температуры, идентичные изменения параметров транзисторов 11-15 и многоколлекторных транзисторов 1-1,..., 1-п при большом коэффициенте усиления I, элемента 5 сравнения и малом выходном его сопротивлении практически не оказывают влияния на изменение тока стабилизированных источ НИКОВ тока, так как эти изменения становятся в К раз меньше.

Таким образом, использование данного изобретения позволяет повысить степень интеграции больших интегральных схем, а также стабильность источников тока.

Электрическая схема блока 3 стабилизации работает следующим образом.

Напряжение с точки объединения резисторов 9 и 10 подается на вход первого эмиттерного повторителя, выполненного на транзисторе 11 и резисторе 16. Это напряжение практически не зависит от изменения температуры. С выхода этого эмиттерного повторителя напряжение подается на один из входов дифференциального усилителя, выполненного на транзисторах 12 и 13 и резисторах 18 и 19. Напряжение с резистора б нагрузки подается на вход второго эмиттерного повторителя, выполненного на транзисторе 14 и резисторе 17. Напряжение с выхода второго эмиттерного повторителя подается на другой вход дифференциального усилителя.

Использование эмиттерных повторителей на входах дифференциального усилителя позволяет увеличить его коэффициент усиления по напряжению и расширить линейный участок его передаточной характеристики и предохранить его от захода в область насьнцения при широком диапазоне изменения дестабилизируквдих факторов. Дифференциальный усилитель выполняет функции сравнения напряжений и усиления по напряжению. С помощью резисторов 18 и 19 выбирается рабочий режим дифференциального усилителя и его коэффициент усиления. Напряжение с выхода дифференциального усилителя подается на вход третьего эьшттерного повторителя, выполненного на транзисторе 15 и резисторе 20. Напряжение с выхода этого эмиттерного повторите ля подается на базы мнсгокоялекторных транзисторов 1-1,...1-п. Третий эмиттерный повторитель предназначен для смещения уровня выходного напряж ния дифференцисшьного усилителя и

обеспечивает ему малое выходное сопротивление, что позволяет уменьшить влияние изменения коэффициента усиления многоколлекторных транзисторов 1-1,... 1-п на изменение величины тока стабилизированных источников тока, выполненных на этих транзисторах 1-1,...1-п. Блок 3 стабилизации обладает большим коэффициентом усиления, малым выходным сопротивлением и высокой нагрузочной спосо.бностью. К выходу блока 3 стабилизации может

быть подключено до 10 многоколлекторных транзисторов 1-1,...1-п, т.е. о 40 источников тока. Он позволяет стабилизировать источники тока в широком диапазоне изменения параметров транзисторов и температуры. Изобретение позволяет уменьшить количество компонент и изолированных областей в больших интегральных схемах и одновременно повысить стабильность источников тока.

Формула изобретения

Блок стабилизированных источников тока, содержащий транзисторы, базы которых подсоединены к выходу блока стабилизации, а коллекторы подсоединены к радиоэлектронным элементам нагрузки, выполненным на интегральных схемах, отличающийся тем, что, с целью уменьшения количества компонент и изолированных областей в интегральных схемах и повышения стабильности источников тока, в качестве транзисторов использовано л многоколлекторных транзисторов, каждый из которых имеет m коллекторов, причем один из гп коллекторов любого транзистора подсоединен к первому выводу резистора-нагрузки, другой вывод которого подключен к общей шине, а блок стабилизации содержит эталонный источник натряжения и элемент сравнения, один вход которого подключен

к выходу эталонного источника напряжения, другой вход - к первому выводу резистора нагрузки, а выход элемента сравнения является выходом блока стабилизации, при этом эквдттеры h многоколлекторных транзисторов подключены к шине источника питания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Микроэлектроника и полупроводниковые приборы. Советское радио,

1977, 2, с. 65.

2.Микроэлектроника. М., Советское радио, 1973, 5, с.273 (прототип) .